一种新型具有带阻特性的超宽带天线

近年来，随着无线通讯产品的普及，超宽带技术的发展，人们对天线的带宽提出了越来越高的要求。自2002年，联邦通讯委员会(FCC)通过决议允许把3．1-10．6 GHz频段应用于商业领域，具有高数据传输率、低成本、低功耗和抗干扰能力强的UWB通信系统得到了迅速发展。应用于UWB通信系统终端的天线必须具有如下特点：如线性的相位响应，全向的辐射方向图，平稳的增益。因此，超宽带天线的设计成为了UWB系统的主要挑战之一。平面印制天线，如矩形，圆形，椭圆形，蝶形单极子，偶极子等，具有宽频带、低色散、低损耗、低剖面、重量轻、易于制作、价格低廉等优点，已广泛应用于UWB通信系统。而采用CPW馈电的平面印制天线具有易于和有源、无源器件的串并连接，易于MMIC的集成化，有利于阻抗匹配和提高增益。然而这个频段包括了无线局域网(WLAN)5．2 GHz和5．8 GHz的工作频段，为了避免与无线局域网之间的干扰，就需要具有在5～6 GHz的频带内加入带阻特性。因此，具有带阻特性的UWB天线受到了广泛的关注研究。
文中提出了一种结构简单的，新型共面波导馈电的具有带阻特性的平面单极子超宽带天线。该天线是在辐射单元上开矩形宽缝隙，然后加入一个矩形微带调谐支节，从而获得良好的带阻特性。通过仿真，研究了天线的工作特性，结果表明，该天线的工作频带为2．49～14．53 GHz，其中5～6 GHz频带内具有很好的带阻特性。同时在整个工作频带内具有良好的全向辐射方向图，因而具有一定的使用价值。

1 天线原理与结构设计
天线的结构，如图1所示，天线制作在相对介电常数为

1．1 天线初始结构的计算
对于单极微带天线，可利用圆柱体近似法计算出低点的谐振频率，即VSWR最先2的频率点。文中是通过正方形辐射贴片的等效转换，最终推导出低点谐振频率与半圆形辐射贴片半径的关系式，即

可得

一般地L取为

参数F记为

由式(3)，式(4)可得

所以低点的频率fL可以写成

通过面积等效原理并假设W=L，则得到

其中fL的单位是GHz；L，R，r的单位是mm。利用UWB通信系统的低点谐振频率fL=3．1 GHz，可以计算出单极子天线的初始半径R=15．8 mm。该半径用于HFSS建模仿真，随后可以通过改变半径来获得较大的带宽和较高的增益。